지지물 설비

지지물 설비

 

 

1. 개 요

 

지상부 전차선로설비에서 전차선, 조가선, 급전선 및 그 부속물을 기계적으로 지지하는 설비로, 전주, 브라켓트, 빔 등이 있으며, 전동차의 운행 시 진동과 안전에 밀접한 관계가 있으므로 시설 시 토목과 건축분야와 관련된 사항은 상호간에 긴밀히 협의하여야 한다.

 

 

2. 지지물의 구비 조건

 

시설 시 구조물한계와 건축한계에 주의하여야 하며 또한 다음과 같은 구비조건이 충족되어야 한다.

1) 기계적 강도 : 각종 설비를 지지하기 위해서는 충분한 기계적강도가 있어야 한다.  

2) 가선 중량 : 지지물에는 전차선설비 및 급전선 설비 등을 설치하므로 이의 중량에 견디는 구조물이어야 한다.  

3) 풍압(풍속 40m/sec기준) : 지지물은 지상에 시설되며 특히 도시철도 차량기지는 산에 근접하고 있으므로 바람의 세기를 고려하여 이에 충분한 강도를 구비하여야 한다.  

4) 하중(횡장력 등) : 지지물에는 여러 가지 설비가 시설되므로 횡방향에서 받는 장력도 고려하여 이에 견디는 구조이어야 한다.

3. 지지물의 안전율

각 지지물은 전동차운행에 필요한 전차선설비를 지지하는 설비로서 소정의 안전율 이상이 확보되어야 하며 일반적으로 다음과 같은 계산식을 사용한다.

               파괴하중

안전율 =   ---------- 

               허용하중

각 지지물의 안전율

지지물 및 전선	안전율
콘크리트 전주	2이상
철주, 철탑, 브라켓, 빔	1이상
철주 또는 철탑의 기초	2이상
지 선	2.5이상

4. 지지물의 종류

 

지지물은 각설비의 종류 및 사용용도에 따라 전주, 지선, 빔 등이 있다.

 

1) 전철주

 

전철주에는 여려가지 종류가 있으나 도시철도에서 쓰고 있는 전주는 H형강주와 철주로 크게 구분된다.

 

가. 각종 전주의 비교

구분	콘크리트전주	철 주	H형강주
장점	․수명이 반영구 적이다 ․전주의 형상이 일정하고 공장 제작품질관리가 용이하다 ․강도선택이 자 유롭게 가능하다 ․보수가 필요없다 ․가격이 비교적 싸다	․소요강도는 자유롭 게 설계가 가능하다 ․강도에 비하여 경량 이다 ․내구성이 비교적 높다 ․특수한 형상도 가능 하고 건식 장소의 제 약도 비교적 덜하다 ․전주 길이에 제약이 없다 ․분할운반이 가능하다	․소요강도는 자유 롭게 설계가 가능 하다. ․내구성이 비교적 높다. ․건식 장소의 제약 이 비교적 적다. ․전주의 길이에 제약이 없다.
단점	․중량이 무겁다 ․운반 취급이 불 편하다	․비교적 고가이다 ․초기도금후 방청도 장이 필요하다	․초기도금후 방청이 필요하다. ․비교적 고가이다. ․비틀림현상이 있으므로 설계시 유의

나. 전철주의 설치(건식)

(1) 전철주의 경간

전차선을 지지하는 인접 전철주간 중심 간격거리를 경간이라 하며 전차선로를 설계할 때 가장 먼저 고려하여야 하는 것이 전철주의 경간과 전선장력이다.

전철주 경간과 전선장력은 풍압 등에 따라 전차선이 기울어져 전동차 운전에 지장을 미치지 않도록 정하여야 한다. 즉 풍속 30[㎧]의 바람이 불더라도 집전장치의 유효폭 이내에 전차선의 위치가 유지되도록 전철주 경간이 설계되어야 한다.

(가)표준경간

가공전차선로에서 전철주 경간을 크게 설계하면 건설비는 적게 소요되지만 차량동요나 풍압에 의해 전차선이 흔들리게 되어 집전장치가 전차선에서 벗어나게 된다. 이러한 이선현상을 방지하고 경제적인 전철주 경간을 선정하기 위해서는 해당선로의 선로조건(직선로 또는 곡선로) 신호기의 위치, 기상(눈, 바람)과 전기차의 운전조건(높이. 편위. 구배)고려하여 설계되어야 한다.

그러나 현실적으로 각 지지점마다 이러한 조건을 감안하여 개소별로 전철주 경간을 선정하기는 매우 어렵기 때문에 보다 간편하게 전철주 경간을 설계하기 위하여 각 나라마다 해당선로의 조건에 맞는 표준경간을 정하여 설계 시공하고 있다. 우리나라 일반전철구간 심플카테너리 방식의 표준 경간은 다음 표와 같다.

곡선 반지름[R]	경간[m]
곡선반경 1,000m이상	50
곡선반경 500m이상	40
곡선반경 300m이상	30
곡선반경 200m이상	20

경간(S)=2√R ×0.95[m] 이하 

R : 레일의 곡선반경[m]

(나) 경간조정

표준경간은 일반적인 조건을 가정하여 정해진 것이기 때문에 특수개소(교량, 터널 등)에서는 표중경간에 불구하고 별도로 전차선의 기울기를고려하여 경간을 조정하여야 한다. 전차선의 기울기는 주행중 전기차 진동의 정도와 바람에 대한 것으로 이러한 기울기에 대하여 집전장치가 집전 가능하도록 하기 위하여 적정한 경간의 조정이 필요하다.

(2) 전주의 설치(건식)위치

(가) 일반구간에서 전주의 설치는 3.0[m]를 표준으로 하고 있으나 부득이한 개소 및 궤도와 궤도간에 시설되는 개소 및 V-Truss Beam개소는 2.5[m]를 유지하며 역구내에서 선로간에 설치하는 경우에는 반드시 건축한계에 대하여 여유를 두고 설치해야 한다.

(나) 승강장 등에 설치하는 경우는 그 연단으로부터 1.5[m] 이상 이격하여 설치한다.

(다) 인류주등 차막이 후방에 설치하는 전주는 열차의 제동거리 미확보 등에 의하여 전차선에 중대한 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 견고한 차막이 설비가 되어 있는 경우를 제외하고는 차막이 점으로부터 10[m]이상 이격시켜 설치하든가 또는 문형구조로 하여 전차선을 인류 하도록 한다.

(라) 자동차 등이 통과하는 건널목에 인접된 전주는 자동차 등의 사고로 인하여 영향이 미치는 것을 피하기 위하여 건널목 양단으로부터 가능한 한 5[m]이상 이격하여 설치한다.

(마) 곡선로등에 설치하는 전철주는 신호기가 있는 개소에 있어서는 신호기 보는데 지장이 없도록 설치하여야 하며, 또한 자동차 등에 의해 훼손될 위험성이 있는 전주에는 방호설비를 시설한다.

          

2) 전철주의 기초

  

전철주를 대지에 고정시키기 위한 설비를 전철주 기초 라 한다. 전차선로용 전주기초는 전차선의 기울기에 직접적인 영향을 미치게 되므로 외력(外力)에 대해 충분한 저항을 갖고 전주의 경사가 허용한도를 넘지 않아야 한다. 또한 지반의 흙을 포함한 기초의 구성 재료는 부식 동결, 건습, 열화(劣化)를 받아도 내구성이 있어야 하며 특히 지표 부근의 흙은 계절적 건습이나 동결 등의 자연의 영향과 보선작업이나 기타 인위적인 영향도 고려하여야 한다.

가. 전철주의 기초의 종류

전철주 기초의 종류에는 근가기초, 쇄석기초, 특수기초 등 여러 가지 종류가 있지만 대전도시철도는 특수기초인 앵커볼트 기초(H형강주)와 철주에 시공하는 근계매입(根繼埋入)과 앵커볼트매입를 사용하였다.

(1) 앵커볼트 기초

앵커볼트 기초는 좌판식 전철주에 사용하는 기초로서 콘크리트 타설전 앵커볼트(기초볼트)를 넣은 구조와 이미 만들어진 콘크리트 구조물의 천장 슬래브나 옹벽개소에 앵커볼트를 삽입한 구조가 있다.

콘크리트 타설전 앵커볼트(기초볼트)를 넣은 구조는 좌판식 H형강철주, 좌판식 4각철주의 기초로 많이 사용되고 있으며 천장 슬래브나 옹벽개소의 구조는 하수강이나 조합철주가 많이 사용되고 있다.

(2) 근계매입

주체를 기초부와 상부에 분할하여 기초부 완료후 지제부분에 상부주체를 볼트로 체결해서 접속하는 방식으로 가장 많이 사용되는 방식이다.

철주하부의 접속은 접속판을 사용하여 접속한다.

다만 특수한 경우는 겹치게 할 수 있다. 접속판은 강판 또는 산형강을 사용하여 주재 외측에 취부하고 철주각부는 응력에 충분히 견디고 이것을 안전하게 기초로 전하도록 하지 않으면 안된다. 철주각부의 접속은 접속 부재간에 응력을 충분히 전달시키는 구조로 할 필요가 있다.

이 접속부를 겹치게 한 경우에는 편심에 따른 모멘트가 생기므로 접속판 접속을 원칙으로 하고 있다.

다만 하부주재가 상부주재보다 큰 경우이거나 하중이 작은 경우에는 겹치는 접속을 할 수 있다. 또한 접속판을 산형강으로 사용할 때는 주재보다 1이상 큰 것을 사용한다.

(3) 앵커볼트매입

기초콘크리트 또는 교량구조물에 기초볼트를 매입해 넣고 철주를 볼트로 체결하는 방식으로 교량이나 고가교 등 기초의 설치가 곤란한 경우에 주로 사용한다.

철주 기초도(근계매입)

나. 구조 및 시공방법
 전주의 기초는 하중, 토질, 지형 등을 고려하여 경사, 도괴 등이 일어나지 않도록 견고하게 시공해야 한다.
 기초의 안전율은 폭풍 시 최대풍압하중을 고려할 때는 2.0이상, 운전 시에는 일반적으로 안정된 기설지반인 경우는 3.0이상으로 하고, 특히 무너지기 쉬운 지반과 변형하기 쉬운 불안정한 지반에 대해서는 4.0이상으로 한다.  다만 여기서 폭풍 시 최대 풍압하중이란 전기설비기술기준령에서 정해진 갑종풍압하중의 경우를 말하며, 운전시 최대풍압하중이란 운전을 할 수 없을 정도의 풍속 즉, 운전정지시의 풍속30[m/s]의 하중을 말한다.  콘크리트주의 설치(건식)길이는 일반적으로 전주 전장의 1/6이상으로 하며, 경사면 제방 또는 토질이 연약하여 무너질 염려가 있을 경우에는 전주의 설치(건식) 길이를 깊게 하든가 또는 흙막이 등을 만들어 보강하도록 한다.
 전차선로용 전주기초로는 일반적으로 쇄석기초, 콘크리트기초 및 앵카볼트기초 등이 사용되며, 콘크리트기초에는 원주형기초, 4각주형기초 등이 있으며 교각, 콘크리트벽 등에 철주를 설치할 때는 앵카볼트로 도괴되지 않게 견고히 고정시켜 시설한다.

다. 철주
콘크리트주는 기상여건이나 공해 등으로 표면에 미세한 균열이 있을 경우 시간이 갈수록 점점 커져서 콘크리트주를 재설치 해야 하는 단점이 있어 요즘에는 철주나 강관주 등의 강구조물을 사용하는 추세이다.
철주(400×400)는 애자로부터 누설전류가 있을 경우 또는 애자섬락에 의해 고전압이 가압된 경우 등에 불완전한 접지가 있을 때는 대지에 대해서 전위가 높아져 사람이 철주에 접촉되면 위험하기 때문에 접지를 완전하게 할 필요가 있으며, 이런 경우에 대비하기 위해 철주에는 100[Ω]이하의 접지 저항치를 유지할 수 있는 접지시설을 하고 있다.
모든 철주에는 아연도금을 하여 녹막이를 도모하고 있으며, 또한 철주의 안전율은 소재의 허용응력에 대하여 1이상으로 설계되어 있다.

(1) 철주의 종류
철주에는 찬넬주, 강관주 등 여러 가지 종류가 있으며 전차선로에 사용하는 것은 거의가 4각주이며 도시철도에서도 이 4각철주를 사용하고 있다.
이들은 대개 역구내 등에서 측선이 많은 곳의 전차선을 가선할 때 이들 전차선에 의한 중량, 풍압하중 등에 의해 중하중이 걸리는 개소에 적용 가능한 콘크리트주가 없는 경우와 교량, 특수옹벽, 역간 특수개소 등에 콘크리트주의 설치(건식)가 불가능한 개소에 사용된다.
그리고, 건축한계의 여유가 적은 개소에서는 폭이 좁은 찬넬주를 사용하기도 한다.

옹벽구간 철주설치도

(2) 설치장소

(가) 전선의 횡장력이나 빔의 중량 기타 풍압 등에 따른 강도를 얻기 어려운 개소

(나) 선로와 선로 사이가 협소하여 건축한계에 대하여 규정한 거리를 확보하기 어려운 장소

(다) 교량구간은 열차의 진동이 심하므로 콘크리트주는 적합하지가 않아 철주를 시설하여야 한다.

(라) 철주는 인축의 안전을 고려하여 제3종 접지공사를 실시하여야 한다.

(마) 도시철도는 차량기지의 일부와 본선 U - Type구간에 사용하고 있다.

 

라. 전주 보전상의 주의

전주의 사용하중에 대한 강도, 안전율은 공사시행 시에 충분히 검토하여 건설함으로 설치 후 하중조건이 변화하는 경우에 한해서만 강도전부를 검토하도록 한다.

일상적인 보전관리에 관해서는 수명설정을 해두고 특별하게 검사는 실시하지 않으며 노후기에 가서 신품으로 대체하도록 한다.

철주, 비임 등의 강재류는 모두 아연도금을 실시하고 있으며, 각 부재의 결합에는 볼트 또는 용접을 하고 있지만 각 부재의 부식 손상 용접부의 이상, 볼트류의 이완, 절손, 탈락, 만곡, 경사 등에 의한 지장유무를 일제점검 시에 개별검사로 확인하여 이상이 있을 때는 보완토록 한다.

그리고 철주의 노후기에는 방청도장을 계획적으로 시행토록 해야 한다.